Сплавы системы Nb-Zr

На рисунке 1.5 приведена диаграмма состояний системы Nb-Zr.

Рисунок 1.5 - Диаграмма состояний системы Nb-Zr [5]

Для обоснования состава основы рассмотрим свойства и состояния сплавов системы Nb-Zr. Известно [7], что для повышения прочностных характеристик Nb обычно легируют тугоплавкими металлами, образующие с ним твёрдые растворы. Из рисунка 1.5 видно: ниобий и β-цирконий, имеющие ОЦК решётку и близкие параметры, образуют при высоких температурах непрерывный ряд твёрдых растворов объёмноцентрированной кубической решетки с линейным изменением параметра в зависимости от состава сплавов. При охлаждении сплавов из области однородных твёрдых растворов происходит их распад, за исключением сплавов, содержащих менее 10% Zr. В нижней части диаграммы (сплав α-циркония с ниобием) наблюдается эвтектоидная реакция при 620˚ и 18% Nb.

На рисунке 1.6. показано изменение свойств сплавов циркония с ниобием в зависимости от содержания ниобия. Кривая для модуля упругости имеет обратный характер по сравнению с кривой для электросопротивления [7].

Рисунок 1.6 - Свойства сплавов циркония с ниобием:

1-модуль нормальной упругости (сплавы, закалённые с 1100˚С); 2-то же (отожжённые в течение 80 часов при 525˚); 3-электросопротивление (сплавы, закалённые с 1100˚С) [7]

Значения модуля упругости сплавов ниобия с цирконием для температур 20 и 900˚С приводятся в таблице 1.7.

Таблица 1.7 - Модуль упругости сплавов ниобия с цирконием [7]

Содержание, %	Модуль упругости, ГПа	Изменение модуля упругости,%
20˚	900˚
	87,5 83,8 61,7 88,4	34,2 58,8 50,2 72,25 82,5	18,6 6,6

Зависимость твёрдости сплавов ниобия с цирконием от температуры показано на графике 1.7.

Рисунок 1.7 - Зависимость твёрдости сплавов ниобия с цирконием от температуры [7]

Из графика 1.7 следует, что легирование Nb цирконием повышает твёрдость сплава. У сплавов с содержанием 1% Zr наблюдается сначала понижение твёрдости до 500˚, а затем её возрастания с температурой испытания до 900˚С.

Влияние легирования Zr на прочностные свойства Nb представлено на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - Влияние циркония на прочностные свойства Nb при 1095⁰С [7]

Из рисунка 1.8 видно, что при увеличении содержания циркония предел прочности и текучести увеличивается, а относительное удлинение убывает, но неравномерно.

Характеристики пластичности ниобия остаются удовлетворительными до 10% вес. Zr (но относительно удлинения при 10% вес. Zr уменьшается больше чем в 2 раза судя по рисункам 1.8), при комнатной температуре сплавы с 20 вес.% Zr практически непластичны.

Добавки циркония к ниобию в небольших пределах улучшают прочностные свойства ниобия при высоких температурах, в частности повышает его длительную прочность. Предел длительной прочности сплава ниобия с 0,6% Zr при 1000˚С составляет 120-130 МПа за 100 часов (предел прочности ниобия при той же температуре составляет примерно 100 МПа). Из предоставленных данных по механическим свойствам установлено, что оптимальная концентрация Zr - 1% (при данном содержании циркония в сплаве удовлетворительный предел прочности, текучести, пластичности).

Таким образом, в качестве основы выбираем сплав Nb-1%Zr.

Дата добавления: 2015-09-04